本發(fā)明涉及工程能源領域，具體涉及一種泡核沸騰裝置及泡核沸騰裝置的加工方法。

背景技術：

1、對氣泡行為的研究是多相流換熱研究中的一個重要領域，在化工、能源、環(huán)境等多個領域中扮演著關鍵角色。氣泡的核化、生長、冷凝和遷移等行為，對熱交換過程有著直接影響，涵蓋了從宏觀到微觀的多個尺度。深入理解氣泡的演化特性參數，有助于優(yōu)化多相流的換熱效率和提高系統(tǒng)的整體性能。

2、氣泡生長和冷凝過程是研究氣泡動力學中最重要的一環(huán)，一般方法是通過可視化的手段獲取氣泡參數。通過使用高分辨率的攝像設備，研究者可以獲得氣泡在不同條件下的演化圖像。這些圖像能夠反映氣泡的尺寸、形狀、運動軌跡及其與周圍流體的相互作用，從而為理解氣泡的行為提供寶貴的信息。

3、為獲取氣泡，相關技術中開展很多氣泡試驗，例如中國專利cn214410806u公開了一種外壁面有多孔涂層的反應堆壓力容器下封頭，它包括碗狀殼體結構以及外壁上固定的多孔涂層，多孔涂層通過不銹鋼粉末以噴涂方式形成，以大幅增加汽化核心數，加速氣泡成核速度。但是這樣獲取氣泡的方式受到很多因素的干擾，比如試驗環(huán)境中的多種因素，如溫度、壓力和流速等，都會影響氣泡的行為，并且無法控制氣泡的成型位置和數量，尤其在大空間中，氣泡的位置具有不確定性，且大量氣泡的存在可能導致相互干擾，進而影響觀察和分析的準確性。

4、綜上，氣泡成核的復雜性使得如何在多相流的復雜環(huán)境中有效捕捉和分析氣泡行為成為了一個亟待解決的問題。為了克服這些挑戰(zhàn)，研究者們需要不斷探索新的技術方案和試驗設計，以便更好地理解氣泡的動態(tài)過程。

技術實現思路

1、本發(fā)明在于提供一種泡核沸騰裝置及泡核沸騰裝置的加工方法，其能夠使得氣泡的位置具有確定性。

2、第一方面，本申請公開一種泡核沸騰裝置，沸騰裝置內腔的壁面設有氣泡穴，并且壁面的粗糙度小于等于ra0.05。如此，通過降低壁面的粗糙度，以及通過氣泡穴的設置，使得壁面足夠光滑，從而避免氣泡在除氣泡穴外的地方產生，并將氣泡的生長位置引導至氣泡穴進行生長，使得氣泡的位置具有確定性，進而提高觀察和分析氣泡的準確度。

3、可選地，所述沸騰裝置的壁面為拋光面，這樣能夠有效避免沸騰裝置中除開氣泡穴以外的其他位置在一定過熱度下的核化點產生，顯著減少在設定的過熱度下的氣泡成核點數量。

4、可選地，所述沸騰裝置的壁面設置鉻層，這樣一方面，通過鉻層的設置實現對壁面表面的防護，在另一方面，壁面先拋光形成拋光面，再進行鍍鉻之后，壁面能夠獲得鏡面效果，以便進一步降低壁面的粗糙度。試驗數據顯示，在相同過熱度條件下，使用本發(fā)明的拋光+鍍鉻處理技術后，能夠將粗糙度有效控制在小于等于ra0.05，這樣加熱時氣泡成型將被引導出現在氣泡穴所在位置，這使得研究者能夠更好地控制氣泡的生成位置和生成數量，減少不必要的氣泡成核。

5、可選地，所述氣泡穴數目為1個，這樣便于對大空間中單獨氣泡的行為研究。

6、可選地，氣泡穴為圓錐形孔或圓孔。

7、可選地，泡核沸騰裝置是貫通的管道結構，或者底面封蓋的容器結構。

8、可選地，所述氣泡穴為圓錐形孔，所述氣泡穴滿足公式：

9、

10、f(θ)＜1；

11、f(θ)為與壁面有關的函數，θ為接觸角，r為氣、液界面的半徑，β為所述氣泡穴的孔錐角，l為氣、液界面和所述氣泡穴孔底的距離。通過對接觸角θ，孔錐角β，氣、液界面的半徑r，氣、液界面和所述氣泡穴孔底的距離l進行調整，從而控制函數f(θ)的大小，進而控制氣泡穴所在位置的過熱度，過熱度公式為：

12、

13、其中，tl為液體溫度，ts為飽和溫度，hfg為蒸發(fā)潛熱，σlv為汽液表面張力，k為玻爾茲曼常數，n0為單位容積分子數，h為普朗克常數。在一定的過熱度δt控制下，氣泡將在氣泡穴中生長并最終脫離壁面。

14、第二方面，本申請還公開一種泡核沸騰裝置的加工方法，包括：

15、將所述沸騰裝置的壁面加工至粗糙度小于等于ra0.05；

16、對所述沸騰裝置的壁面進行氣泡穴的加工，比如采用特定形狀的刀具對壁面進行加工，以便在受加工的位置形成所述氣泡穴。

17、可選地，在對所述沸騰裝置的壁面進行所述氣泡穴的加工前，所述方法包括：對所述沸騰裝置的壁面進行拋光，比如機械拋光、電拋光等；

18、在對所述沸騰裝置的壁面進行所述氣泡穴的加工后，所述方法包括：

19、在所述沸騰裝置的壁面進行鍍鉻，以使壁面的粗糙度小于等于ra0.05。

20、可選地，對所述沸騰裝置的壁面進行所述氣泡穴的加工包括：

21、根據所述氣泡穴的孔錐角β加工刀具的錐角β′，或者選擇錐角β′的刀具，β′＝β；

22、選擇合適的力度和角度，使用刀具在沸騰裝置的壁面加工氣泡穴。

技術特征：

1.一種泡核沸騰裝置，其特征在于，包括在沸騰裝置內腔的壁面(1)設置的氣泡穴(2)，并且所述壁面(1)的粗糙度小于等于ra0.05。

2.根據權利要求1所述的泡核沸騰裝置，其特征在于，所述沸騰裝置的壁面(1)為拋光面。

3.根據權利要求1或2所述的泡核沸騰裝置，其特征在于，所述沸騰裝置的壁面(1)設置鉻層。

4.根據權利要求1或2所述的泡核沸騰裝置，其特征在于，所述氣泡穴(2)數目為1個。

5.根據權利要求1或2所述的泡核沸騰裝置，其特征在于，所述泡核沸騰裝置是貫通的管道結構，或者底面封蓋的容器結構。

6.根據權利要求1或2所述的泡核沸騰裝置，其特征在于，所述氣泡穴(2)為圓錐形孔或圓孔。

7.根據權利要求1或2所述的泡核沸騰裝置，其特征在于，所述氣泡穴(2)為圓錐形孔，并且所述氣泡穴(2)滿足公式：

8.一種泡核沸騰裝置的加工方法，應用于權利要求1～7中任一項的沸騰裝置，其特征在于，包括：

9.根據權利要求8所述的加工方法，其特征在于：在對所述沸騰裝置的壁面(1)進行所述氣泡穴(2)的加工前，所述方法包括：

10.根據權利要求8所述的加工方法，其特征在于：對所述沸騰裝置的壁面(1)進行所述氣泡穴(2)的加工包括：

技術總結
本發(fā)明提供了一種泡核沸騰裝置及泡核沸騰裝置的加工方法，沸騰裝置內腔的壁面設有氣泡穴，并且壁面的粗糙度小于等于Ra0.05。如此，通過降低壁面的粗糙度，以及通過氣泡穴的設置，使得壁面足夠光滑，從而避免氣泡在除氣泡穴外的地方產生，并將氣泡的生長位置引導至氣泡穴進行生長，使得氣泡的位置具有確定性，進而提高觀察和分析氣泡的準確度。

技術研發(fā)人員：唐珂,楊子江,亓傳剛,田林,任文星,鄒建兵,戚展飛,曹克美
受保護的技術使用者：上海核工程研究設計院股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15